IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 8/1998, Seite 88 ff.


ELEKTROTECHNIK


Potentialausgleich

Grundlagen, Anwendung und Prüfung

Ing. Günter E. Wegner

Unter Potentialausgleich versteht man Maßnahmen zum Herabsetzen oder Beseitigen von Potentialunterschieden, von elektrischen Spannungsunterschieden zwischen leitfähigen Rohrsystemen wie etwa Wasser-, Gas- oder Heizungsleitungen oder zwischen Rohrsystemen und dem Schutzleiter. Dazu werden die leitfähigen Rohrsysteme durch eine sog. Potentialausgleichsleitung miteinander verbunden.

Ein solcher Potentialausgleich wird bei jeder neu eingerichteten elektrischen Verbraucheranlage gefordert und nach DIN VDE 100, Teil 410 ff ist zu unterscheiden zwischen dem Hauptpotentialausgleich und einem zusätzlichen, örtlichen Potentialausgleich.

Bild 1: Bei einem Fehler in der elektrischen Installation können gefährliche Berührungsspannungen an metallenen Rohrsystemen auftreten. (HEA)

Potentialausgleich - was ist das

Die technische Gebäudeausrüstung besteht neben der Elektroinstallation aus mehr oder weniger umfangreichen Leitungssystemen für die Heizungsanlage, der Gas- und Wasserversorgung, die zusammen ein umfangreiches Netz leitfähiger Systeme bilden, die sich über das ganze Gebäude erstrecken. Diese Rohrsysteme stehen teilweise miteinander in Verbindung, sind aber oft voneinander getrennt. Deshalb können sich Fehler oder Mängel in einem Leitungssystem ungünstig auf ein anderes System auswirken. Entsteht in der elektrischen Anlage etwa ein Isolationsfehler derart, daß das metallene Rohr Kontakt mit einer stromführenden Phase bekommt, tritt eine gefährliche Berührungsspannung auf. In Bild 1 ist das schematisch dargestellt und es ist zu erkennen, daß eine Berührungsspannung zwischen dem Rohrsystem 1 und dem Rohrsystem 2 auftritt, die vom Menschen überbrückt werden kann. Um diesen gefährlichen Zustand weitgehend zu vermeiden, ist es vorgeschrieben, alle metallenen Systeme leitend miteinander zu verbinden. Es können dann keine Spannungsunterschiede, keine Potentialdifferenzen wie der Fachmann sagt und damit keine gefährlichen Berührungsspannungen, auftreten. Man spricht von einem "Potentialausgleich" und nennt die Leitung, welche die Systemteile untereinander verbindet, "Potentialausgleichleitung" - Bild 2.

Bild 2: Der Potentialausgleich verhindert das Auftreten gefährlicher Berührungsspannungen - bei einem Defekt der Elektroinstallation sprechen Sicherungen und FI-Schutzschalter an. (HEA)

Der Hauptpotentialausgleich und sein Aufbau

Die DIN VDE-Bestimmung für elektrische Niederspannungs-Installation fordern einen Potentialausgleich an jedem Hausanschluß bzw. jedem Hauptverteiler. Man spricht daher vom Hauptpotentialausgleich und es müssen dazu alle metallenen Rohrsysteme des Gebäudes, der Hauptschutzleiter des elektrischen Netzes, der Haupterdungsleiter sowie alle anderen eventuell vorhandenen Erdungs- und Rohrleitungen einschließlich von Antennen-, Fernsprech- oder Blitzschutzanlagen miteinander verbunden sein. Alle diese Leitungen werden über den Hauptpotentialausgleichsleiter an der Hauptpotentialausgleichschiene zusammengeführt und verbunden. Diese ist über eine Anschlußfahne mit dem Fundamenterder verbunden. Ein solcher Fundamenterder ist vorgeschrieben, weil für die Wassernetze oft Kunststoffrohre eingesetzt werden und diese sich daher nicht als Erder benutzen lassen. Es ist jedoch nicht notwendig, jedes Rohrsystem mit einer eigenen Potentialausgleichleitung zu versehen. Es können auch mehrere Systeme miteinander verbunden und über einen gemeinsamen Hauptpotentialausgleichleiter angeschlossen werden. Hauptpotentialausgleichsleiter dürfen wie Schutzleiter durchgehend grün-gelb gekennzeichnet sein. Das ist aber nicht zwingend vorgeschrieben, die Leiter können daher auch blank oder in jeder anderen Farbe verlegt werden. An den Anschlußstellen muß aber eine dauerhafte Kennung grün-gelb vorhanden sein. Für elektrische Sonderanlagen, etwa für medizinisch genutzte, gilt da nicht - hier wird eine durchgehend grün-gelbe Kennzeichnung gefordert. Bestimmend für die Bemessung des Hauptpotentialausgleichsleiters ist der Querschnitt des Hauptschutzleiters einer Anlage, er muß mindestens den halben Querschnitt des größten Schutzleiters der Anlage haben. Der Mindestquerschnitt beträgt jedoch 6 mm2 Cu, die mögliche Begrenzung nach oben ist 25 mm2 Cu oder gleichwertiger Leiter - in der Tabelle 1 sind diese Angaben zusammengefaßt. Der größte Schutzleiter der Anlage in diesem Sinne ist der vom Hauptverteiler abgehende Schutzleiter mit dem größten Querschnitt. Metallene Rohrleitungen können, z.B. auf Teillängen, in den Potentialausgleich einbezogen werden, wenn sie den Anforderungen an Potentialausgleichsleiter entsprechen. Hier gilt es aber darauf zu achten - etwa bei verschraubten Wasserrohren - daß der Übergangswiderstand der Verschraubungen nicht zu hoch ist. Ein eindeutiger Widerstandswert ist allerdings nicht genannt, so daß die Beurteilung der Erfahrung und dem Ermessen des Installateurs überlassen bleibt. Ggf. kann man sich am Widerstand einer gleichwertigen Kupferleitung orientieren. Wissen aber muß man, daß Gasinnenleitungen nicht als Potentialausgleichleiter benutzt werden dürfen. Der Grund ist, daß bei Auftreten eines Fehlerstromes an den widerstandsbehafteten Verbindungen durch den Stromfluß gefährliche Wärmeentwicklungen auftreten können. Undichtigkeit an den Verbindungen und schlimmeres kann die Folge sein. Die Gasleitung selbst ist natürlich in den Hauptpotentialausgleich einzubeziehen.

Tabelle 1: Leiterquerschnitte für den Potentialausgleich

Hauptpotentialausgleich

zusätzlicher Potentialausgleich

0,5 x Querschnitt
Hauptschutzleiter

zwischen zwei Körpern: 1 x Querschnitt des kleineren Schutzleiters

 

zwischen einem Körper und einem fremden leitfähigen Teil: 0,5 x Querschnitt des Schutzleiters

mindestens

6 mm2 Cu

bei mechanischem Schutz:
2,5 mm2 Cu
ohne mechanischen Schutz:
4 mm2 Cu

mögliche Begrenzung

25 mm2 Cu

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Der zusätzliche Potentialausgleich

In Bereichen besonderer Gefährdung aufgrund der Umweltbedingungen (Feuchtigkeit z.B.) wird ein zusätzlicher, örtlicher Potentialausgleich gefordert. Dieser ergänzt den Hauptpotentialausgleich und verhindert das Auftreten gefährlicher Berührungsspannungen. Gefordert wird dies u.a. für Räume mit Badewanne oder Dusche - konkret für die Bereiche 1, 2 und 3 - sowie für überdachte Schwimmbecken. Metallene Teile wie Rohrleitungen, Ablaufstutzen an Bade- und Duschwanne sind durch einen Potentialausgleichsleiter - mit einem Mindestquerschnitt von 4 mm2 Cu - zu verbinden und an den Schutzleiter anzuschließen. Zulässig ist auch feuerverzinkter Bandstahl von mindestens 20 mm x 2,5 mm, in der Praxis wird aus verlegetechnischen Gründen dem Kupferleiter der Vorzug gegeben.

Bild 3: Hausanschluß mit Hauptpotentialausgleich und zusätzlichem Potentialausgleich. (HEA)

Der Anschluß an den Schutzleiter kann an zentraler Stelle der elektrischen Anlage erfolgen wie etwa dem Stromkreisverteiler, der Hauptpotentialausgleichsschiene oder auch an der Wasserverbrauchsleitung, wenn diese durchgehend leitend mit dem Hauptpotentialausgleich verbunden ist. In medizinisch genutzten Räumen muß ebenfalls ein zusätzlicher, besonderer Potentialausgleich durchgeführt werden und auch dort, wo durch unkontrollierte Streu- oder Ausgleichströme eine Explosionsgefahr auftreten könnte. Der zusätzliche Potentialausgleich ist auch dann auszuführen, wenn in den betreffenden Räumen keine elektrischen Einrichtungen vorhanden sind. Der Grund dafür ist, daß gefährliche Berührungsspannungen über leitende Rohrsysteme in diese Räume eingeschleppt werden könnten.

Bild 4: Potentialausgleichschiene (RWE)

Die Prüfung des Potentialausgleichs

Nach ausgeführter Installation ist vor Inbetriebnahme der elektrischen Anlage die Wirksamkeit des Potentialausgleichs zu prüfen. Dazu wird durch Besichtigung beim Hauptpotentialausgleich zunächst festgestellt, ob alle Hauptpotentialausgleichsleiter, Schutzleiter, Erder, metallene Rohr- und Gebäudekonstruktionen usw. wie vorgeschrieben leitend mit der Potentialausgleichsschiene verbunden sind. Alle Teile des Potentialausgleichs müssen vor Beschädigung geschützt sein und alle Anschlüsse müssen einen guten und dauerhaften Kontakt geben. Ähnliches gilt für den zusätzlichen Potentialausgleich und es ist festzustellen, ob alle gleichzeitig berührbaren metallischen Teile, Schutzleiteranschlüsse und andere leitfähige Körper miteinander verbunden sind.

Weiter ist der Durchgangswiderstand der leitenden Verbindungen zu messen. Wie das geschieht, zeigt das Bild 5 und es wird der Widerstand zwischen der Potentialausgleichsschiene und dem Ende der in den Potentialausgleich einbezogenen Rohrleitungen gemessen. Der Potentialausgleich gilt als wirksam, wenn bei einem Prüfstrom von mindestens 5 A (Ampere) ein Widerstand von höchstens 3 W (Ohm) gemessen wird. Aus Sicherheitsgründen sollte man in der Praxis einen geringeren Wert, z.B. 1 W, anstreben. Einfacher wird die Messung, wenn man ein Potentialausgleichprüfgerät benutzt, wie die Industrie sie anbietet.

Bild 5: Schema für die Prüfung des Potentialausgleichs.

Es kann der Fall eintreten, das im Verlaufe von Reparatur-, Wartungs- oder Erweiterungsarbeiten, in den Potentialausgleich einbezogene Rohrleitungen vorübergehend getrennt werden müssen. Da die Leitungsenden dann unterschiedliche Potentiale führen können, wird es notwendig, die Rohrleitung vor dem Trennen elektrisch zu überbrücken, um Gefahren für den Monteur zu vermeiden. Beim Herstellen der Brücke ist es wichtig, elektrisch einwandfrei leitende Kontaktschellen oder dergleichen zu benutzen und die Rohrleitungen gut zu reinigen. Der Querschnitt der Überbrückungsleitung muß entsprechend dem oben Gesagten bemessen sein.